梯形屋架設計例題及答案（梯形屋架設計荷載組合方法）

盤錦鋼結構設計公司13秒前1閱讀0評論

梯形屋架設計是一種常見的結構工程問題，涉及到荷載組合方法的運用。在設計過程中，需要考慮多種荷載因素，包括風荷載、雪荷載、地震作用以及活荷載等。為了確保結構的安全性和穩定性，需要根據實際條件選擇合適的荷載組合方法。，，本例題展示了一個具體的梯形屋架設計過程，包括荷載計算、截面設計和內力分析等步驟。在荷載組合方面，采用了簡化的荷載組合方法，即考慮了基本組合（基本組合為恒載與活載的組合）和特殊組合（如風荷載、雪荷載、地震作用等）。，，答案部分提供了梯形屋架設計的基本概念和步驟，以及如何根據不同荷載組合方法進行設計。也給出了一些常見問題的解答，如如何確定荷載組合系數、如何進行截面設計和如何進行內力計算等。，，通過本例題及答案的學習，可以幫助讀者更好地理解和掌握梯形屋架設計的方法和技巧，提高工程設計能力。

一、梯形屋架設計例題

（一）已知條件示例

例一：
- 題號60的已知條件為梯形鋼屋架跨度為6m，屋架鉸支在鋼筋混凝土柱上，上柱截面為400mm×400mm，混凝土標號為C30，鋼材采用Q235B級，焊條采用E43型，要求設計鋼屋架并繪制施工圖。同時給出屋架計算跨度，跨中及端部高度（如本例題設計為無檁屋蓋方案，采用平坡梯形屋架，取屋架端部高度h = 2000mm，屋架的中間高度h = 3500mm）等信息。還提到了結構型式與布置相關內容，如無檁設計方案和有檁設計方案的特點，本方案采用有檁屋蓋，給出了屋架型式及幾何尺寸圖，根據廠房長度、跨度及荷載情況設置支撐的情況等。對于荷載計算，提到屋面和荷載與雪荷載不會同時出現，取較大的荷載標準值進行計算，還給出屋架和支撐自重設計時應考慮的三種荷載組合等內容。最后有內力計算相關的屋架在荷載組合作用下的計算簡圖等內容。
例二：
- 題號80，屋面坡度1:16，跨度30m，長度96m，柱距6m，地點為哈爾濱，基本風壓0.45kN/m，基本雪壓0.45kN/m，采用1.5m×6m預應力混凝土大型屋面板，80mm厚泡沫混凝土保護層，卷材屋面，屋面坡度i = 1/16，屋面活荷載標準值0.7kPa，雪荷載標準值為0.45kN/m，積灰荷載標準值為0.6kN/m，混凝土采用C20，鋼筋采用Q235B級，焊條采用E43型。給出屋架沿水平投影面積分布的自重（包括支撐）按經驗公式計算相關內容（跨度單位為米(m)），采用無檁體系屋蓋方案，緩坡梯形屋架，并給出了屋架在軸線處的高度取值等信息。

（二）設計過程要點

結構形式與布置
- 屋蓋結構體系選擇：
  - 無檁設計方案：在鋼屋架上直接放置預應力鋼筋混凝土大型屋面板，其上鋪設保溫層和防水層。優點是屋蓋的橫向剛度大，整體性好，適用于對結構的橫向剛度要求高的廠房，但屋面板自重大，屋蓋結構自重大，抗震性能較差。
  - 有檁設計方案：在鋼屋架上設置檁條，檁條上面再鋪設輕型屋面材料，如石棉瓦、壓型鋼板等。對于橫向剛度要求不高，特別是不需要做保溫層的中小型廠房較為適用。
- 支撐布置：根據廠房的長度、跨度及荷載情況設置橫向支撐、系桿和垂直支撐等。例如，在廠房長度較長（如72m>60m）、跨度一定及荷載確定的情況下，設置三道上、下弦橫向水平支撐；柱網采用封閉結合時，廠房兩端的橫向水平支撐設在第一柱間且規格與中間柱間支撐有所不同。在所有柱間的上弦平面設置剛性與柔性系桿保證安裝時上弦桿穩定，各柱間下弦平面的跨中及端部設置柔性系桿傳遞山墻風荷載；在設置橫向水平支撐的柱間，于屋架跨中和兩端各設一道垂直支撐等。
荷載計算
- 屋面荷載與雪荷載不會同時出現，計算時取較大值。屋架自重（包括支撐）計算可按經驗公式（如根據屋架跨度計算），同時設計屋架時應考慮多種荷載組合，例如：
  - 全跨永久荷載+全跨可變荷載；
  - 全跨永久荷載+半跨可變荷載；
  - 全跨屋架（包括支撐）自重+半跨屋面板自重+半跨屋面活荷載等。
內力計算：需要計算屋架在不同荷載組合作用下的內力，確定各桿件的內力系數等內容，從而為桿件截面設計等提供依據（如給出左半跨F = 1的屋架各桿件的內力系數計算簡圖等內容）。

二、梯形屋架設計答案（部分示例內容）

由于沒有完整的詳細答案文檔，以下為根據上述設計要點可能的答案方向：

桿件截面設計：根據內力計算結果，依據相關規范，選擇合適的鋼材（如Q235、Q345等），并確定各桿件（弦桿、腹桿等）的截面形式和尺寸，要滿足承載能力和穩定性要求等。例如，弦桿截面根據承載能力和穩定性要求確定，腹桿截面根據節點連接方式和承載能力要求確定，同時要考慮節點板截面形式和尺寸（根據桿件直徑、連接方式和承載力進行設計）等。
節點設計：
- 節點連接方式：可采用高強度螺栓或焊接方式連接節點，或者采用混合連接方式（結合焊接和螺栓連接的特點，適用于大型復雜結構，能夠提高結構的整體穩定性和承載能力）。
- 節點計算：根據節點類型、連接方式和承載力要求，進行節點的承載力計算、剛度計算和位移計算等，以確保節點的安全性和穩定性。例如，焊接節點具有較高的承載力和穩定性，適用于承受較大載荷的屋架結構；螺栓連接節點具有較好的可拆性和可靠性，適用于需要頻繁拆卸和維修的結構等。
穩定性分析：
- 整體穩定性：分析屋架在各種工況下（如在風、地震等動態作用下）的整體穩定性，考慮屋架的抗震性能和抗風能力，計算屋架在風、地震等動態作用下的響應和振動特性等。
- 局部穩定性：評估屋架在不同環境條件下（如溫度變化、腐蝕等）的局部穩定性表現，確保結構安全可靠。
施工圖繪制：運用計算機輔助設計軟件（如CAD）按照設計結果繪制梯形屋架的施工圖，包括屋架的結構形式、桿件布置、節點連接等詳細信息，要求圖紙清晰、準確，符合工程制圖規范等（這是鋼結構梯形屋架課程設計中的技能目標之一，學生要具備運用CAD軟件繪制鋼結構梯形屋架圖紙的能力）。